CN115261805B - 一种平面靶材的绑定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种平面靶材的绑定方法，属于光电功能材料技术领域。该方法包括以下步骤：S1、将靶材绑定面与背板绑定面依次进行喷砂和等离子清洗；制得表面处理后的靶材和表面处理后的背板；S2、将所述表面处理后的靶材及所述表面处理后的背板升温至170℃～180℃后，进行超声波焊接铟；S3、在步骤S2处理后的背板绑定面上制作3mm～5mm深的铟池；S4、将步骤S2处理后的靶材放入所述铟池中，直至完全浸入铟池；S5、对步骤S4处理后的靶材表面采用超声波进行震动；S6、将步骤S5处理后靶材施加作用力后冷却；S7、将步骤S6处理后靶材拼接缝隙中的铟去除后，再次冷却。本发明的绑定方法最终达到99％以上的贴合率。
Description
技术领域
本发明涉及光电功能材料技术领域，具体涉及一种平面靶材的绑定方法。
背景技术
磁控溅射是制备薄膜材料的主要技术之一，在电子薄膜、光学薄膜、光电薄膜、磁性薄膜和超导薄膜等技术领域得到广泛的应用。随着科技的发展，镀膜行业已经成为一种专业化的行业，靶材的市场进一步的扩张。溅射靶材包括：平面靶材和旋转靶材。
磁控溅射镀膜靶材在使用时，需要将靶材与背板焊接在一起。即靶材需要绑定在背板上形成固定的尺寸，才可以使用，因此靶材绑定的贴合率和贴合质量直接影响靶材的溅射使用。在溅射过程中，如果绑定后靶管、背管和铟层贴合效果不够，在溅射过程中会出现导电不良，散热效果不好，导致局部受热不均匀，易造成开裂甚至脱靶。
大尺寸平面靶材的绑定的难点在于，需要在如此巨大的靶材仍然要达到99％以上的贴合率，且不存在明显的绑定缺陷，同时需要靶材的几何尺寸完全控制到生产要求范围内(即位置偏差度0.5mm内、弯曲度±2mm内、拼接缝隙0.2-0.3mm等)，尤其是对于拼接间隙及背板的弯曲度，控制难度巨大，且绑定过程中容易造成靶材的开裂，从而提升了靶材的制作成本。
相关靶材的绑定技术一般采用铟为焊料层做绑定，具体而言就是在被溅射的靶材与背板之间留0.2mm～0.6mm缝隙，使用熔融状态的铟来填满该缝隙，冷却下到室温以后，靶材与背板就绑定成为一体。由于背板、焊料层以及靶材体三者热膨胀系数不同甚至相差悬殊，在绑定或溅射过程中，靶材体与焊料层以及焊料层与背板之间界面受热会产生热应力，当靶材体使用一段时间后会变薄，极易造成界面产生热应力超过靶材体的强度，从而产生胀裂的风险。此外，当焊料层凝固时，焊料层从熔融状态向固态转变过程中会发生体积减少，其体积收缩产生界面收缩应力，以及靶材在加热或冷却时容易受热冲击而开裂，均是靶材绑定过程中存在的问题，尤其是单片靶材尺寸大于＞600mm的大尺寸靶材。镀膜溅射时积累热量和应力常常导致结合层与背板或靶材体脱落，若此脱落面积大于某个程度，则溅射时热量无法及时传递出去，导致靶材体局部过热，从而引起不均匀的热应力，最终致使靶材在镀膜溅射过程中出现破裂，而中断整个镀膜溅射的工艺。
因此，需要开发一种平面靶材的绑定方法，该方法的贴合率高。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种平面靶材的绑定方法，该方法的贴合率高。
具体如下，本发明提供了一种平面靶材的绑定方法，包括以下步骤：
S1、将靶材绑定面与背板绑定面依次进行喷砂和等离子清洗；制得表面处理后的靶材和表面处理后的背板；
S2、将所述表面处理后的靶材及所述表面处理后的背板升温至170℃～180℃后，在所述表面处理后的靶材绑定面及所述表面处理后的背板绑定面进行超声波焊接铟；
S3、在步骤S2处理后的背板绑定面制作3mm～5mm深的铟池；
S4、将步骤S2处理后的靶材以不大于1°/s的倾斜速度放入所述铟池中，直至完全浸入铟池；
S5、对步骤S4处理后的靶材表面采用超声波进行震动；
S6、将步骤S5处理后靶材定位摆放后，塞入间隙片，施加作用力后，并将靶材冷却；
S7、将步骤S6处理后靶材拼接缝隙中的铟去除后，再次冷却。
根据本发明绑定方法技术方案的一种技术方案，至少具备如下有益效果：本发明中对靶材绑定面与背板绑定面依次进行喷砂和等离子清洗有利于清洗绑定面的油污并增大表面粗糙度，进而增加附着力。由于铟熔点155℃，在绑定前进行加热处理有利于操作。进一步的，本发明在处理后的背板的绑定面制作3mm～5mm深的铟池，可有效提高后续绑定填充率；而在步骤S5中对处理后的靶材表面采用超声波进行震动，其目的是为了振动除氧化膜和气泡，之后再预留间隙以便于将靶材位置调整至符合要求。
根据本发明的一些实施方式，所述靶材为G4.5代线靶材，其单片尺寸为600*282.5*10mm。
根据本发明的一些实施方式，所述背板尺寸为1360*1310mm。
根据本发明的一些实施方式，所述背板为铜背板。
根据本发明的一些实施方式，所述喷砂选用氧化铝砂。
氧化铝喷砂有利于增加表面粗糙度，提升焊料的润湿程度，且氧化铝硬度高，不容易粉碎造成残留。
根据本发明的一些实施方式，所述氧化铝砂的细度为50目～100目。喷砂太粗会造成表面粗糙度过大而不平整，太细则无粗化效果。
根据本发明的一些实施方式，所述氧化铝砂的细度为80目。
根据本发明的一些实施方式，所述等离子清洗的功率为100w。
根据本发明的一些实施方式，所述等离子清洗采用脉冲电源。
根据本发明的一些实施方式，所述超声波焊接铟过程中超声波的频率为15kHz～25kHz。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述超声波焊接铟过程中超声波频率为20kHz。
根据本发明的一些实施方式，所述超声波焊接铟过程中超声波的振幅为0.01mm～0.05mm。
根据本发明的一些实施方式，所述超声波焊接铟过程中焊接时间为0.3min/cm2～0.7min/cm2。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述超声波焊接铟过程中平均焊接时间为0.4min/cm2～0.6min/cm2。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述超声波焊接铟过程中平均焊接时间为0.5min/cm2。
根据本发明的一些实施方式，步骤S3中制作所述铟池后还包括去氧化膜处理。
根据本发明的一些实施方式，所述去氧化膜处理的具体操作为：将所述背板的铟池表面和所述靶材表面的氧化膜去除。
根据本发明的一些实施方式，步骤S4中所述靶材和背板的夹角在45°以下。
放置角度高，导致放置时间长，靶材位置高的部分出现凝固现象，造成凝固的位置继续下放时不与铟润湿造成气孔无法排出，产生绑定缺陷。
根据本发明的一些实施方式，步骤S4中所述靶材和背板的夹角在0°～30°。
根据本发明的一些实施方式，所述倾斜速度为0.5°/s～1°/s。
放置速度快，导致空气无法及时排出；从而导致缺陷面积增加且贴合效果较差。
根据本发明的一些实施方式，所述完全浸入的时间在1min以下。
根据本发明的一些实施方式，所述完全浸入的时间为0.1min～1min。
根据本发明的一些实施方式，步骤S5中所述超声波的振幅为0.2mm～0.5mm。
根据本发明的一些实施方式，所述间隙片为聚四氟乙烯片。
根据本发明的一些实施方式，步骤S6中所述作用力在1kg/cm2以上。
根据本发明的一些实施方式，步骤S6中所述作用力为1kg/cm2～5kg/cm2。
根据本发明的一些实施方式，步骤S6中所述冷却的终温为150℃～160℃。
根据本发明的一些实施方式，步骤S6中所述冷却的终温为铟的凝固点。
根据本发明的一些实施方式，所述铟的凝固点为156.5℃。
根据本发明的一些实施方式，步骤S7中所述再次冷却的速率为0.1℃/min～0.5℃/min。
根据本发明的一些实施方式，步骤S7中所述再次冷却的终温为20℃～30℃。
根据本发明的一些实施方式，背板升温前，需将背板锁定在相同大小的铝合金板上，铝合金板的材质为5052或6061。
根据本发明的一些实施方式，去除氧化膜的方式是用刮片将浮在表面的氧化铟薄膜刮除。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的实施方式中，超声波振动机购买于广州市番禺科进超声波设备厂。
水浸式超声波探伤仪购买于日立，产品型号为FS LINE。
下面详细描述本发明的具体实施例。
实施例1
本实施例为一种平面靶材的绑定方法，由以下步骤组成：
S1、将ITO平面靶材绑定面与无氧铜背板正面绑定区域(绑定区域尺寸为1200*1130mm)进行表面处理，表面处理的方法为先喷砂再进行等离子清洗，喷砂选用氧化铝砂，目数为80目，100w等离子清洗；
S2、将步骤S1表面处理后的平面靶材及表面处理后的铜背板按升温速度＜1℃/min升温至170℃～180℃，并对二者的绑定面进行超声波焊接铟(将液态铟滴在绑定区域)，超声波频率为20kHz，振幅为0.01mm～0.05mm，平均焊接时间为0.5min/cm2；
S3：在铜背板上制作5mm深的铟池，并将铟池表面的氧化膜刮除，同时将靶材表面氧化膜刮除；
S4：将靶材以0.5°/s的速度倾斜放入铟池中，起始角度为30°(即平面靶材与铜背板的夹角)，直至完全浸入铟池；
S5：采用超声波振动机对平面靶材表面进行震动，以震碎氧化膜，使铟与靶材完全接触，超声波频率为0.2mm～0.5mm，对靶材正面五点震动(正中间一点加四角各一点)，每次每点震动时长1min，单块靶材5min；
S6：将平面靶材按照技术要求的相对位置定位摆放后，在靶材拼接缝隙的中间塞入聚四氟乙烯间隙片(直至完全贴满缝隙)长度方向为0.8mm厚，宽度方向为0.5mm厚，同时压上重块(平面满铺后再进行堆叠摆放)，并将平面靶材冷却至铟刚凝固的温度(156.5℃)；
S7：将平面靶材拼接缝隙中的铟完全去除后，按照0.1℃/min的速度将其进行保温降温，直至室温(25℃)；
采用水浸式超声波探伤仪对绑定后的平面靶材进行检验，扫描面积13560cm2(1130mm*1200mm)，缺陷面积122cm2，最大缺陷尺寸为5mm2，贴合率99.1％。弯曲度1mm。
实施例2
本实施例为一种平面靶材的绑定方法，由以下步骤组成：
S1、将ITO平面靶材绑定面与无氧铜背板正面绑定区域(绑定区域尺寸为1200*1130mm)进行表面处理，表面处理的方法为先喷砂再进行等离子清洗，喷砂选用氧化铝砂，目数为80目，100w等离子清洗；
S2、将步骤S1表面处理后的平面靶材及表面处理后的铜背板按升温速度＜1℃/min升温至170℃～180℃，并对二者的绑定面进行超声波焊接铟(将液态铟滴在绑定区域)，超声波频率为20kHz，振幅为0.01mm～0.05mm，平均焊接时间为0.5min/cm2；
S3：在铜背板上制作5mm深的铟池，并将铟池表面的氧化膜刮除，同时将靶材表面氧化膜刮除；
S4：将靶材以1°/s的速度倾斜放入铟池中，起始角度为30°(即平面靶材与铜背板的夹角)，直至完全浸入铟池；
S5：采用超声波振动机对平面靶材表面进行震动，以震碎氧化膜，使铟与靶材完全接触，超声波频率为0.2mm～0.5mm，对靶材正面五点震动(正中间一点加四角各一点)，每次每点震动时长1min，单块靶材5min；
S6：将平面靶材按照技术要求的相对位置定位摆放后，在靶材拼接缝隙的中间塞入聚四氟乙烯间隙片(直至完全贴满缝隙)长度方向为0.8mm厚，宽度方向为0.5mm厚，同时压上重块(平面满铺后再进行堆叠摆放)，并将平面靶材冷却至铟刚凝固的温度(156.5℃)；
S7：将平面靶材拼接缝隙中的铟完全去除后，按照0.1℃/min的速度将其进行保温降温，直至室温(25℃)；
采用水浸式超声波探伤仪对绑定后的平面靶材进行检验，扫描面积13560cm2(1130mm*1200mm)，缺陷面积203.4cm2，最大缺陷尺寸为7mm2，贴合率98.5％。弯曲度1mm。
实施例3
本实施例为一种平面靶材的绑定方法，由以下步骤组成：
S1、将ITO平面靶材绑定面与无氧铜背板正面绑定区域(绑定区域尺寸为1200*1130mm)进行表面处理，表面处理的方法为先喷砂再进行等离子清洗，喷砂选用氧化铝砂，目数为80目，100w等离子清洗；
S2、将步骤S1表面处理后的平面靶材及表面处理后的铜背板按升温速度＜1℃/min升温至170℃～180℃，并对二者的绑定面进行超声波焊接铟(将液态铟滴在绑定区域)，超声波频率为20kHz，振幅为0.01mm～0.05mm，平均焊接时间为0.5min/cm2；
S3：在铜背板上制作5mm深的铟池，并将铟池表面的氧化膜刮除，同时将靶材表面氧化膜刮除；
S4：将靶材以0.5°/s的速度倾斜放入铟池中，起始角度为30°(即平面靶材与铜背板的夹角)，直至完全浸入铟池；
S5：采用超声波振动机对平面靶材表面进行震动，以震碎氧化膜，使铟与靶材完全接触，超声波频率为0.2mm～0.5mm，对靶材正面五点震动(正中间一点加四角各一点)，每次每点震动时长1min，单块靶材5min；
S6：将平面靶材按照技术要求的相对位置定位摆放后，在靶材拼接缝隙的中间塞入聚四氟乙烯间隙片(直至完全贴满缝隙)长度方向为0.8mm厚，宽度方向为0.5mm厚，同时压上重块(平面满铺后再进行堆叠摆放)，并将平面靶材冷却至铟刚凝固的温度(156.5℃)；
S7：将平面靶材拼接缝隙中的铟完全去除后，按照0.5℃/min的速度将其进行保温降温，直至室温(25℃)；
采用水浸式超声波探伤仪对绑定后的平面靶材进行检验，扫描面积13560cm2(1130mm*1200mm)，缺陷面积305cm2，最大缺陷尺寸为7mm2，贴合率97.75％。弯曲度达到2mm(要求不大于2mm)。
实施例4
本实施例为一种平面靶材的绑定方法，由以下步骤组成：
S1、将ITO平面靶材绑定面与无氧铜背板正面绑定区域(绑定区域尺寸为1200*1130mm)进行表面处理，表面处理的方法为先喷砂再进行等离子清洗，喷砂选用氧化铝砂，目数为80目，100w等离子清洗；
S2、将步骤S1表面处理后的平面靶材及表面处理后的铜背板按升温速度＜1℃/min升温至170℃～180℃，并对二者的绑定面进行超声波焊接铟(将液态铟滴在绑定区域)，超声波频率为20kHz，振幅为0.01mm～0.05mm，平均焊接时间为0.5min/cm2；
S3：在铜背板上制作5mm深的铟池，并将铟池表面的氧化膜刮除，同时将靶材表面氧化膜刮除；
S4：将靶材以0.5°/s的速度倾斜放入铟池中，起始角度为30°(即平面靶材与铜背板的夹角)，直至完全浸入铟池；
S5：采用超声波振动机对平面靶材表面进行震动，以震碎氧化膜，使铟与靶材完全接触，超声波频率为0.2mm，对靶材正面五点震动(正中间一点加四角各一点)，每次每点震动时长1min，单块靶材5min；
S6：将平面靶材按照技术要求的相对位置定位摆放后，在靶材拼接缝隙的中间塞入聚四氟乙烯间隙片(直至完全贴满缝隙)长度方向为0.8mm厚，宽度方向为0.5mm厚，同时压上重块(平面满铺后再进行堆叠摆放)，并将平面靶材冷却至铟刚凝固的温度(156.5℃)；
S7：将平面靶材拼接缝隙中的铟完全去除后，按照0.1℃/min的速度将其进行保温降温，直至室温(25℃)；
采用水浸式超声波探伤仪对绑定后的平面靶材进行检验，扫描面积13560cm2(1130mm*1200mm)，缺陷面积295cm2，最大缺陷尺寸为7.2mm2，贴合率97.8％。弯曲度达到1mm(要求不大于2mm)。
对比例1
本对比例为一种平面靶材的绑定方法，与实施例1的差异在于：步骤S1中的无等离子清洗步骤。
采用水浸式超声波探伤仪对本对比例中绑定后的平面靶材进行检验，扫描面积13560cm2(1130mm*1200mm)，缺陷面积400cm2，最大缺陷尺寸为10mm2，贴合率97％。
对比例2
本对比例为一种平面靶材的绑定方法，与实施例1的差异在于：步骤S3中铟池厚度为2mm。
采用水浸式超声波探伤仪对本对比例中绑定后的平面靶材进行检验，扫描面积13560cm2(1130mm*1200mm)，缺陷面积1254cm2，最大缺陷尺寸为17mm2，贴合率90.7％。
对比例3
本对比例为一种平面靶材的绑定方法，与实施例1的差异在于：步骤S4的放置速度为2°/s。
采用水浸式超声波探伤仪对本对比例中绑定后的平面靶材进行检验，扫描面积13560cm2(1130mm*1200mm)，缺陷面积1030cm2，最大缺陷尺寸为15mm2，贴合率92.4％。
对比例4
本对比例为一种平面靶材的绑定方法，与实施例1的差异在于：步骤S4的放置速度为3°/s。
采用水浸式超声波探伤仪对本对比例中绑定后的平面靶材进行检验，扫描面积13560cm2(1130mm*1200mm)，缺陷面积1898cm2，最大缺陷尺寸为16mm2，贴合率86％。
对比例5
本对比例为一种平面靶材的绑定方法，与实施例1的差异在于：步骤S4中起始角度为60°。
采用水浸式超声波探伤仪对本对比例中绑定后的平面靶材进行检验，扫描面积13560cm2(1130mm*1200mm)，缺陷面积900cm2，最大缺陷尺寸为13mm2，贴合率93.4％。
对比例6
本对比例为一种平面靶材的绑定方法，与实施例1的差异在于：步骤S4进行完成之后，直接进行步骤S6；不进行实施例1中步骤S5。
采用水浸式超声波探伤仪对本对比例中绑定后的平面靶材进行检验，扫描面积13560cm2(1130mm*1200mm)，缺陷面积400cm2，最大缺陷尺寸为7mm2，贴合率97％。
对比例1与实施例1的差异在于：对比例1中不进行等离子体清洗，不进行等离子体清洗会降低贴合率。
对比例2与实施例2的差异在于：对比例2中铟池的厚度为2mm；而实施例1中为5mm；对比例2中铟池厚度太浅，靶材放置时，虹吸现象较慢，造成爬速太慢，造成空气没有及时排出。
对比例4与实施例1的差异在于：对比例4中放置速度为2°/s；而实施例1中为1°/s；即对比例4中放置速度快，导致空气无法及时排出；从而导致缺陷面积增加且贴合效果较差。
对比例5与实施例1的差异在于：对比例5中放置角度为60°；而实施例1中为30°；对比例5中放置角度高，导致放置时间长，靶材位置高的部分出现凝固现象，造成凝固的位置继续下放时不与铟润湿造成气孔无法排出，产生绑定缺陷。
对比例6与实施例1的差异在于：对比例6中未进行超声震动；在不进行超声震动时，绑定层无法完全去除氧化膜，造成存在部分假焊接；从而导致缺陷面积增加且贴合效果较差。
综上所述，本发明的绑定方法，可以彻底的解决靶材绑定过程中存在的虚焊问题，将靶材绑定过程中的焊料填满，且绑定过程中形成的氧化膜均完全去除，实现真正的贴合，最终使得真实的绑定贴合率＞99％；同时，使用该方法绑定的靶材，直至其终了也不会出现靶材开裂及脱靶的情况。
上面结合具体实施方式对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (6)
1.一种平面靶材的绑定方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将靶材绑定面与背板绑定面依次进行喷砂和等离子清洗，制得表面处理后的靶材和表面处理后的背板；
S2、将所述表面处理后的靶材及所述表面处理后的背板升温至170℃～180℃后，在所述表面处理后的靶材绑定面及所述表面处理后的背板绑定面进行超声波焊接铟，其中所述超声波焊接铟过程中超声波的频率为15kHz～25kHz、超声波的振幅为0.01mm～0.05mm、焊接时间为0.3min/cm2～0.7min/cm2；
S3、在所述背板绑定面上制作3mm～5mm深的铟池；
S4、将步骤S2处理后的靶材以不大于1°/s的倾斜速度放入所述铟池中，直至完全浸入铟池，其中所述靶材和背板的夹角在45°以下；
S5、对步骤S4处理后的靶材表面采用超声波进行震动；
S6、将步骤S5处理后靶材定位摆放后，塞入聚四氟乙烯间隙片，施加作用力后，并将靶材冷却；
S7、将步骤S6处理后靶材拼接缝隙中的铟去除后，以0.1℃/min～0.5℃/min的速率再次冷却；
其中，所述靶材为ITO平面靶材，所述背板为无氧铜背板。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述喷砂选用氧化铝砂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述等离子清洗的功率为100w。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S5中所述超声波的振幅为0.2mm～0.5mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S6中所述作用力在1kg/cm2以上。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S6中所述冷却的终温为150℃～160℃。
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